多糖酯的制备与活性研究进展

张海平，郑明明，，黄凤洪，从仁怀，黄 娟，许春芳

(1.中国农业科学院 油料作物研究所，油料脂质化学与营养湖北省重点实验室，油料油脂加工技术国家 地方联合工程实验室，农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室，武汉430062； 2.中国农业科学院油料作物研究所-无限极(中国)有限公司功能油脂联合实验室，广州510665)

综合利用

多糖酯的制备与活性研究进展

张海平1，郑明明1，2，黄凤洪1，从仁怀2，黄 娟2，许春芳2

(1.中国农业科学院 油料作物研究所，油料脂质化学与营养湖北省重点实验室，油料油脂加工技术国家 地方联合工程实验室，农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室，武汉430062； 2.中国农业科学院油料作物研究所-无限极(中国)有限公司功能油脂联合实验室，广州510665)

多糖是一类重要的生物大分子物质，具有抗氧化、抗衰老、抗癌和提高机体免疫力等功能。近年来研究表明，多糖的分子修饰不仅可以提高多糖的生物活性而且能够拓展多糖的功能活性。综述了多糖修饰化学法中的硫酸化、磷酸化、乙酰化和酶法等酯化修饰方法，以及修饰后多糖的抗氧化、抗癌、抗病毒和免疫力等生物活性的变化，并展望其未来发展方向，为多糖酯开发及其在食品、药品等领域的广泛应用提供参考。

多糖酯； 分子修饰； 生物活性

多糖是一种重要的生物大分子物质，具有免疫调节、抗肿瘤、抗凝血、降血脂、抗炎、抗辐射、抗氧化等多种生物活性[1]。研究[2]表明，多糖的活性直接或间接地受其分子结构的影响 ，对多糖分子进行修饰可以有效地改变多糖的分子结构，拓展其功能活性，提高其生物利用率。酯化修饰通过采取一定的方法对多糖分子结构进行修饰，改变多糖的空间结构、相对分子质量及取代基种类、数目和位置等对其活性产生影响[3]。目前，对多糖进行酯化修饰的方法为以化学法为主的硫酸化、羧甲基化、磷酸化、乙酰化、烷基化等[4]。而酶法因反应条件温和、专一性强、绿色无污染等特点为多糖酯化提供了新的途径[5]。

我国是世界油料生产和消费大国，仅大豆饼粕的年产量就在450万t左右[6]。但油料饼粕中多糖利用率不高，花生饼粕中多糖的含量在30%左右，大豆饼粕和菜籽饼粕中的含量虽然很少，也在2%左右[7-8]。从饼粕中萃取多糖并进行酯化修饰可有效提高饼粕的附加值，实现多元化利用。

本文就近年来多糖修饰中运用的酯化方法及酯化后多糖的生物活性进行综述，并展望其发展方向，为其在油脂及相关食品领域的广泛应用提供参考。

1 多糖酯的制备方法

1.1 化学法

硫酸化是多糖修饰中最常见的方法之一，指将硫酸根添加到不含或含有少量硫酸根的多糖残基上。硫酸化修饰可提高多糖的免疫、抗凝血、抗氧化、抗病毒等生物活性。多糖的硫酸化修饰方法有氯磺酸-吡啶法、浓硫酸法、三氧化硫-吡啶法和三氧化硫-二甲基甲酞胺法等，其中氯磺酸-吡啶法和浓硫酸法应用普遍。研究表明，硫酸的取代度、取代位置、碳水化合物含量及质量等对硫酸化多糖活性有一定影响[9]。

朱振元等[10]用浓硫酸法制取硫酸化古尼虫草多糖，修饰后多糖清除超氧阴离子自由基的能力随样品中质量浓度增大而增强。在2.5 mg/mL时，对羟基自由基和DPPH自由基的清除能力达到最大。夏辛奎等[11]对薤白多糖的硫酸化进行了研究，发现在氯磺酸与吡啶摩尔比1∶3、65℃反应2 h，硫酸根取代度(DS)为0.470，用H2O2/Fe2+体系法和邻苯三酚自氧化法测定修饰产物证实抗氧化活性均得到提高。通过硫酸化的红藻多糖和黑灵芝多糖的研究发现，取代基位置对多糖活性会产生影响，C2位置酯化可明显提高多糖的生物活性[12-13]。表1为氯磺酸-吡啶修饰的主要条件参数。

表1 氯磺酸-吡啶修饰的主要条件参数

1.1.2 磷酸化多糖

磷酸化修饰是一种支链上羟基被取代的共价修饰生成多糖磷酸酯的过程[22]。目前常用于多糖磷酸化的试剂有磷酸及其酸酐、三氯氧磷、磷酸盐等。

李益等[23]研究香菇多糖磷酸化发现三聚磷酸钠(49.8 g/L)、三偏磷酸钠(20.2 g/L)在pH 8.0、温度81℃的条件下与香菇多糖反应5.2 h,可实现磷酸根的最大接枝量8.99%。李和平等[24]以正磷酸盐(NaH2PO4与Na2HPO4)为酯化剂，尿素为催化剂，在湿法工艺下合成的蔗渣木聚糖磷酸酯的DS为0.067。李坚斌等[25]创新性的将微波技术应用到葡甘露聚糖的磷酸化修饰中，在反应温度60℃、微波辐射时间7 min、pH 4.0、磷酸盐的质量分数30%、微波功率800 W的条件下，获到最佳DS为0.055 4的葡甘露聚糖磷酸单酯。表2为磷酸化修饰的主要条件参数。

表2 磷酸化修饰的主要条件参数

注：[22]的得率指磷酸根含量，[23]的得率指磷酸根接枝量，[24]和[25]的得率指DS。

1.1.3 乙酰化多糖

高潮听着梅宏图的发言，心里面一直在冷笑。靠，什么叫冠冕堂皇？这就是；什么叫道貌岸然？这就是；什么叫黑白颠倒？这就是……

研究表明，一些天然多糖经乙酰化修饰后具有较强的抗氧化活性和自由基清除能力。

1.1.4 其他酯化多糖

此外，羧甲基化、磺酰化、硒化、烷基化等方法也在多糖化学修饰中运用。羧甲基化与磺酰化相似，都是在多糖支链发生酯化反应，使结构更加伸展。范三红等[28]用氯乙酸对菊粉进行了羧甲基化修饰，结果表明羧甲基化菊粉抗氧化活性有显著提高。硒化多糖利用性质活泼的无机硒化合物或用含硒的功能基团对多糖进行修饰，产生更高或更新的活性。Gao等[29]用4种硒化物修饰大蒜多糖，其硒化多糖的免疫活性随硒化程度的提高而增加。多糖的烷基化是指向多糖的主链上引入烷基、取代烷基或长链芳香醇，可以有效地解决多糖黏度高、浓度低而不利于活性发挥的问题，目前研究较多的是壳聚糖烷基化。

1.2 酶法

酶法具有反应条件温和，化学、区域和立体选择性高，专一性强,操作简便，绿色无污染等优点, 在多糖修饰中越来越受到重视。多糖的酶法修饰主要指酶法合成和酶法降解。多糖的酶法合成可以获得具有特定功能的多糖,作为增溶剂用于食品领域[30]。多糖的酶法降解指在多糖剪切酶的作用下完成的多糖降解，同时在新生成的非还原端形成双键。在多糖酶法修饰时，以酶法降解为主。

Alexander等[31]用多种酶改性从甜菜粕中萃取果胶多糖，对改性后的多糖进行研究，发现酶改性不仅可以改变多糖的化学结构而且可以限制多糖的理化特性，但不会影响果胶的黏度。贾俊强等[32]用α-淀粉酶修饰蛹虫多糖，发现α-淀粉酶修饰后，蛹虫草多糖清除DPPH自由基和螯合Fe2+的EC50比酶法修饰前分别提高55.1%和39.8%；同时，蛹虫草多糖的还原力也得到了显著提高。为解决酶修饰时间长的问题，Wang 等[33]考察了酶法与其他技术联用的技术，以饱和度为指标，对比超声波辅助以及磁搅拌辅助PSL-C(洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶)对合成酰基百合多糖的影响，发现PSL-C参与的酰基修饰只能在C6的羟基上进行，而且微波照射能在短时间内增加饱和度。控制超声强度、水分活度以及反应时间可以有效地增加酶的活性。表3为酶法修饰的主要条件参数。

表3 酶法修饰的主要条件参数

2 生物活性

目前，多糖活性的研究主要集中在天然多糖，为了提高天然多糖的生物活性，引入化学、生物等方法。修饰后多糖研究主要集中在增强机体免疫、抗病毒、抗氧化以及抗癌等功能活性。

2.1 免疫活性

修饰后的多糖本身不具有免疫活性，可以通过增加体内免疫细胞的活性从而增加机体的免疫力。赵兴洪等[34]发现硫酸化明参多糖可以通过提高免疫低下小鼠免疫器官指数、各处脾脏淋巴细胞增殖、血清IFN-γ 和IL-2含量，从而提高机体的免疫力。余志等[35]研究了酶法修饰茶多糖对环磷酰胺抑制的免疫低下模型小鼠的免疫功能的影响。对比未降解多糖，脾指数、腹腔巨噬细胞吞噬率和吞噬指数均得到提高，并能显著提高DTH实验耳肿程度、血清HC50、NK 细胞活性。Liu等[36]合成9种硒化白术多糖(AMP)，体外实验表明硒化白术多糖明显促进免疫细胞增殖。14 d的鸡体内实验也表明硒化白术多糖可以有效促进外围淋巴细胞增殖，提升抗体效价，增加IFN-γ, IL-2 和 IL-6的含量，有效增加多糖的免疫活性。

Zhao等[14]用氯磺酸-吡啶法修饰银耳多糖(TPS)和党参多糖(CPPS)得到4种多糖，研究证实单独使用一种或者混合使用都可促进脾淋巴细胞增殖，配合疫苗使用可增加血清中抗体效价。

2.2 抗氧化活性

多糖本身存在羟自由基可以起到抗氧化的作用，修饰后可能使多糖的结构松弛，暴露出更多的羟基从而提高多糖的抗氧化作用。Ma等[15]对白桦茸多糖分别进行了硫酸化、乙酰化、羧甲基化修饰，发现乙酰化修饰表现出更好的还原Fe3+的能力和抑制脂肪氧化的能力。而对玉米丝多糖修饰的结果与前者不同，羧甲基化多糖表现出更好的抗氧化活性和更强的抑制α-脂肪酶活性能力[16]。Xie等[17]用从青钱柳中萃取的多糖，制备的硫酸化多糖在物理结构变化的同时，抗氧化活性明显提高，进一步研究发现蛋白质含量越高的硫酸化多糖，它的抗氧化活性越好。

2.3 抗病毒活性

对于本身具有抗病毒活性的多糖，酯化修饰可以增强其抗病毒活性；并且也可以使不具有抗病毒活性的多糖产生抗病毒活性。Chen 等[18]对硫酸化前后的黄芪多糖和苦参多糖的抗甲肝病毒活性进行体外以及老鼠的体内研究，发现不论是在体内还是体外，硫酸化黄芪多糖都能有效地增加其抗甲肝病毒活性。Zhang等[19]对麦冬多糖(OP)和大枣多糖(JP)硫酸化得到4种硫酸化多糖：sOPSt、sOPS80、sJPSt 和 sJPS50，4种多糖体外实验表明均能有效地促进鸡体外淋巴细胞的增殖。对不同时期的小鸡皮下注射含有改性多糖的新城疫病毒疫苗，相比未改性多糖，注射后更好地促进了淋巴细胞的增殖和提高抗体效价，其中sOPS80的活性最高。张玉等[20]对山豆根多糖进行了硫酸化修饰并对修饰后的多糖用MTT法检验了其抗HBV活性，结果表明山豆根多糖硫酸化修饰能提高其对乙型肝炎病毒细胞转染的2215细胞培养液HBeAge、HBsAg的抑制作用。

2.4 抗癌作用

近年来研究表明多糖的分子修饰可以显著提高多糖的抗癌活性。Zhu等[21]从冬虫夏草中萃取多糖并进行了硫酸化修饰，硫酸化虫草多糖的抗氧化活性没有明显的变化，但是K562细胞染色实验发现硫酸化多糖可有效抑制肿瘤细胞的生长。而Jiang等[37]用浓硫酸法改性桂圆多糖，结果发现由于多糖结构发生变化对人体鼻咽癌HONE1细胞产生较好的抑制作用。汲晨锋等[38]对昆布多糖硫酸化修饰后发现其仅取代C6和C2位的羟基，改性昆布多糖对人肠癌细胞LOVO生长的抑制作用相较于昆布多糖有明显增强。

3 存在问题与展望

现阶段对于多糖酯的制备以及功能研究主要有以下几个方面的问题亟待解决。

(1)多糖酯化多为化学法，其存在环境污染大、副产物多等问题，而酶法修饰具有诸多优势，尝试多种酶类在多糖酯产业中的应用，同时提高酶的重复利用率，使酶法修饰成为一种廉价高效的制备方式。

(2)多糖酯的种类众多，结构复杂，分离纯化和结构鉴定困难，亟待建立快速高效的多糖酯结构剖析方法。

(3)取代基种类不同，使得结构脂质在物理、化学性质，尤其是生理作用均发生了显著的变化。多糖酯生物活性研究刚刚起步，未来可借助营养组学、大数据等手段，从细胞、动物和人体等多个层次深入研究多糖酯的功能活性。

[1] 孟思彤,徐艳芝,王振月.多糖的化学修饰对其生物活性影响研究进展[J]. 天然产物研究与开发，2014, 11:1901-1905.

[2] 陈炼,吴琼英. 多糖的结构修饰及其生物活性研究进展[J]. 农产品加工(学刊), 2012(10):103-106.

[3] 张难,吴远根,莫莉萍,等.多糖的分子修饰研究进展[J]. 贵州科学,2008, 26(3):66-70.

[4] 方金红. 多糖化学修饰方法的研究进展[J]. 中国药业， 2014(19):4-8.

[5] 周海斌,赵虎,高向东. 多糖酶法修饰研究的新进展[J]. 药学进展,2007,31(8):349-352.

[6] 丁斌鹰，房桂兵.饲用大豆饼粕营养研究[J]. 饲料与食品工业, 2001(1):28-29.

[7] 谢秋涛，单杨，李高阳. 花生饼粕中活性成分的萃取及其综合利用[J]. 食品工业科技,2012,33(14):417-420.

[8] 徐洪志,曾川，张大琼，等.菜籽饼的利用与研究进展[J]. 耕作与栽培,2007(1):27-39.

[9] 黄小燕, 孔祥峰, 王德云,等. 多糖硫酸化修饰和多糖硫酸酯的研究进展[J]. 天然产物研究与开发,2007, 19(2):328-332, 355.

[10] 朱振元，原静，李盛峰，等.古尼虫草多糖硫酸酯化修饰及其抗氧化活性[J].现代食品科技, 2011,27(1):1-5.

[11] 夏新奎,豆成林. 薤白多糖的硫酸化修饰及体外抗氧化活性[J].天然产物研究与开发,2015,27(5): 881-885.

[12] LIANG W N, MAO X, PENG X H,et al. Effects of sulfate group in red seaweed polysaccharides on anticoagulant activity and cytotoxicity[J].Carbohydr Polym,2014,101(1):776-785.

[13] CHEM Y, ZHANG H, WANG Y X,et al. Sulfated modification of the polysaccharides fromGanodermaatrumand their antioxidant and immunomodulating activities[J]. Food Chem, 2015, 186(3):231-238.

[14] ZHAO X N, HU Y L, WANG D Y, et al.The comparison of immune-enhancing activity of sulfated polysaccharidses fromTremellaandCondonpsispilosula[J]. Carbohydr Polym，2013,98(1):438- 443.

[15] MA L S, CHEN H X, ZHANG Y,et al. Chemical modification and antioxidant activities of polysaccharide from mushroomInonotusobliquus[J]. Carbohydr Polym，2012, 89(2):371- 378.

[16] CHEN S H, CHEN H X, TIAN J G,et al. Chemical modification,antioxidant andα-amylase inhibitory activities of corn silk polysaccharides[J]. Carbohydr Polym，2013,98(1):428- 437.

[17] XIE J H, WANG Z J, SHEN M Y, et al. Sulfated modification, characterization and antioxidant activities of polysaccharide fromCyclocaryapaliurus[J]. Food Hydrocolloid，2015, 53:7-15.

[18] CHEN Y, SONG M Y, WANG Y X, et al.The anti-DHAV activities ofAstragaluspolysaccharide and its sulfate compared with those of BSRPS and its sulfate[J]. Carbohydr Polym，2015,117(117) :339-345.

[19] ZHANG J, CHEN J, WANG D Y,et al. Immune-enhancing activity comparison of sulfated ophiopogonpolysaccharide and sulfated jujube polysaccharide[J]. Int J Biol Macromol， 2013,52(1):212- 217.

[20] 张玉，蒋小丰，张名洋，等. 山豆根多糖硫酸化修饰及其体外抗HBV活性测定[J]. 中国临床药学杂志, 2011(3):151-154.

[21] ZHU Z Y, LIU Y, SI C L,et al.Sulfated modification of the polysaccharide fromCordycepsgunniimycelia and its biological activities[J]. Carbohydr Polym，2013,92(1)：872-876.

[22] 孙雪,潘道东,曾小群,等.浒苔多糖的磷酸化修饰工艺[J]. 食品科学,2011, 32(24):73-77.

[23] 李益, 钱慈, 郭明, 梁东军. 香菇多糖磷酸化修饰的工艺研究[J]. 黑龙江大学自然科学学报,2013(5):664-670.

[24] 李和平,李东旭,鲁勇. 蔗渣木聚糖磷酸酯的合成与表征[J].化学研究与应用, 2011,23(10):1353-1358.

[25] 李坚斌,陈小云,张帆,等. 葡甘露聚糖微波法磷酸酯化改性研究[J]. 食品科学,2015, 36(8):19-23.

[27] 刘莹,赵杰,许琳. 乙酰化修饰金针菇多糖衍生物的抗氧化性研究[J]. 食品与发酵工业,2014,40(7):88-90.

[28] 范三红,王亚云,胡雅喃,等. 菊粉羧甲基化修饰及其抗氧化活性研究[J]. 天然产物研究与开发,2014,26(9):1472-1476.

[29] GAO Z Z, CHEN J, QIU S L,et al. Optimization of selenylation modification for garlic polysaccharide based on immune-enhancing activity[J].Carbohydr Polym，2016,136(7):560-569.

[30] 郭浩杰,杨严格,安乐.中药多糖的分子修饰及其药理活性研究进展[J]. 中草药,2015,46(7)：1074-1080.

[31] ALEXANDER O, GERRIT B, ALPHONS G J V. Enzymatic modification of pectic polysaccharides obtained from sugar beet pulp[J]. Carbohydr Polym，2002,48(1):73-81.

[32] 贾俊强，沈健,陈炼,等. 蛹虫草多糖的酶法修饰及其抗氧化活性[J]. 食品科学, 2013,34(1):114-120.

[33] WANG F, CHEN Z G, ZHE H J. An efficient enzymatic modification of lily polysaccharide in ionic liquid under ultrasonic irradiation [J]. Biochem Eng J，2013, 79(41):25-28.

[34] 赵兴洪，殷中，贾仁勇，等. 川明参多糖及其硫酸化物对免疫低下小鼠的影响[J]． 中国免疫学杂志,2015，31(1): 52-55.

[35] 余志，石玉涛，倪德江.酶法修饰绿茶多糖对免疫低下模型小鼠免疫活性的影响[J]. 茶 叶 科 学,2010，30(增刊1)：567-572.

[36] LIU J, CHEN X, YUE C J, et al. Effect of selenylation modification on immune-enhancing activity ofAtractylodesmacrocephalapolysaccharide[J]. Int J Biol Macromol，2015,72 :1435-1440.

[37] JIANG J, MENG F Y, HE Z, et al. Sulfated modification of longan polysaccharide and its immunomodulatory and antitumor activity in vitro[J]. Int J Bioll Macromol，2014,67(6):323-329.

[38] 汲晨锋,孟德友,季宇彬. 昆布多糖硫酸酯化修饰及抗肿瘤活性的研究[J]. 天然产物研究与开发,2013,25(8): 1041-1045.

Advanceinpreparationandbioactivityofpolysaccharoseester

ZHANG Haiping1, ZHENG Mingming1,2, HUANG Fenghong1, CONG Renhuai2，HUANG Juan2，XU Chunfang2

(1.Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Oil Crops, Ministry of Agriculture, Oil Crops and Lipids Process Technology National amp; Local Joint Engineering Laboratory, Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition, Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430062, China; 2.Functional Lipids Joint Laboratory of Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences and Infinitus (China) Co., Ltd., Guangzhou 510665, China)

Polysaccharides is a class of important biological macromolecular material, which played significant role in antioxidation, anti-aging, anti-cancer, and improvement of body immunity. The recent research shows that molecular modification of polysaccharides can not only effectively improve the polysaccharides bioactivity, but also expand its functional activity. The chemical modification methods of polysaccharides such as sulfation, phosphorylation, acylation and enzyme, and their influences on polysaccharides biological activities were introduced, including antioxidation, anti-cancer, antiviral and immunity enhancing. The existing problems as well as development direction prospect were also discussed. This would provide support for their wide use in food, pharmaceuticals and other fields.

polysaccharose ester; molecular mo-dification; bioactivity

O658.3;O621.2

A

1003-7969(2017)11-0116-05

2016-12-26；

2017-07-19

国家自然科学基金(31371843，31671820)；湖北省科技青年晨光计划(2016B33)；武汉市应用基础研究计划项目(2016020101010095)；中国农业科学院科技创新工程(CAAS-ASTIP-2013-OCRI)；中国农业科学院油料作物研究所所长基金(1610172014006)

张海平(1991)，女，硕士，主要从事脂质分子修饰研究工作(E-mail)18339218687@163.com。

郑明明，副研究员，博士(E-mail)zhengmingming@caas.cn；黄凤洪，研究员，博士(E-mail)jiagongzx@oilcrops.cn。